能源草高产的巨菌草

一、巨茎草的生物学特性

1. 名称及分类地位：

中文名：巨菌草

分类地位：隶属被子植物门，单子叶植物纲，禾本科，狼尾草属。原产地在北非，由福建省农林大学菌草研究所所长林占熺研究员引进改良培育，在中国大面积获得成功。

这是一种适宜在热带生长和人工栽培的高产优质菌草，离开热带冬天不能越冬并全部枯死。

2. 生物学特性

巨菌草在热带地区为多年生植物。植株高大，抗逆性强，农田产量高，粗蛋白和糖分在株高1米含量高，直立、丛生，根系发达。在福建省农田生长半年，茎粗可达3.5厘米，节间长9～15厘米，15个有效的分蘖，每节着生一个腋芽，并由叶片包裹，叶片互生，长60～132厘米，叶片宽3.5~6厘米，8个月共生长35片叶。

巨菌草的光合作用的最初产物为4－碳酸－羟基丁=酸和天门冬氨酸等四碳双羧酸产物，即光合作用生化途径为C－4途径。属典型的四碳植物，具有较高的光合速率。

据测定光合速率为50～70毫克CO2/分米2/小时，（cooper 1970）。在热带地区高水肥种植，一般每公顷年产鲜草可达300吨以上，在中温带红壤荒山上难成活产量非常低。

巨菌草光合与蒸腾之比较低，因此，巨菌草的生长除需高温外，还需湿润的土壤条件。巨菌草能耐受短期的干旱，但不耐涝。

二、巨菌草的应用范围

巨菌草虽是高产优质的菌草，用巨菌草作为培养料的很少，已知可栽培香菇、灵芝等49种食用菌、药用菌。除了作为菌料外，还可做饲料，同时还是水土保持的优良草种。08年开始应用于生物质发电最终因发电成本比煤高而放弃、纤维板、制造燃料乙醇等成本更高。

三、巨菌草栽培方法

第一种是短茎扦插。土地深耕，亩施有机肥3吨，复合肥100公斤，机械起垄，当气温稳定在15度以上，用刀把6个月以上巨菌草种茎切成有一到两个节的茎段，每畦种两行，株行距0.5米×0.5米左右。茎节腋芽朝上，斜插与地面成45度角，一个节插入土中，一个节在地表面，周围用土压实。干旱季节或土壤干燥时扦插后须连续浇水3～5天。在雨季栽培可用单节法繁殖，出苗中耕除草追肥，每次收获后施入植株从土壤中带走的各种肥料的3倍，化肥的利用率一般只有30%，霜冻前人工将老茎杆入窖以便来年种植或培土盖薄膜。

第二种繁殖方法是分株法。具体做法是，春天先割去植株上端后把根头挖出，分成单株后种植，其余同上。

第三种繁殖方法是全株条栽法，即把整株的巨菌草埋入土中，覆盖土厚2～3厘米，尾端留少量叶片露在地表，适宜季节栽种7～10天就可发芽，其余同第一种。

能源草含水量低的巨能草

形态特征：多年生草本。具粗壮的根状茎。秆直立，有分枝。1年期株高5米左右，直径最大2.5公分。是福建省菌草开发工程协会近年引进培育的品种，适合在中国热区种植。生长环境：年降雨量在500mm以上温度在15度以上则生长旺盛。不耐寒，零度以下则全部冻死。

生物量：人工种植，热带高水肥每亩产量干草2吨左右，鲜草水分45%左右。

适合用途：作为菇类培养料；直接收割可以燃烧发电；纤维长、强度好，适合做纤维板、燃料乙醇。是作为能源草的好草种。干旱、寒冷地方、沙地都不能种植。是水土保持的好草种。 由于含水量高，必须晒干送进生物质发电厂锅炉燃烧。

栽培方法

适宜在候平均气温大于12℃的季节种植或雨季开始时种植。短杆扦插：采用腋芽进行无性繁殖。方法是用修剪刀剪带有两个节的茎，扦插杆的周围用土压实。栽后浇水至土壤湿透。全株条栽法：把整株巨菌草埋入土中，覆土2～4厘米。

能源草柳枝稷

名称: 柳枝稷

英文名: Versatile switch grass

学名: Panicum virgatum

科属: 禾本科稷属

类别: 多年生草本

主要性状: 多年生丛生型禾草，根茎和种子繁殖，根深，株高l~2米。

分布地区: 美国大平原及东部大部分地区的土生种。

习性特点: 耐旱，耐排水不良的土壤。

繁殖方法: 种子

栽培管理: 种苗建植缓慢。4-5月播种，播量为6-7千克/公顷的纯、活种子。根茎和种子繁殖，根深，株高l-2M。

柳枝稷现在的新用途：柳枝稷能从中提炼出酒精，又有“能源草”的称谓。中国农业大学资源与环境学院教授胡林等专家完成的一份未经验证的研究报告显示，未被利用的荒草地是中国最重要的保留土地资源之一，如果把其中能适合种植的361万公顷荒草地种植生物乙醇能源植物，每年潜在的生物乙醇产量达1100万吨，可替代当今中国汽油消费的23%。 经实验，柳枝稷草种在荒山上产量很低亩主1吨左右，种在农田亩产4吨左右，作牧草都嫌产量低，适口性差，冬季枯萎。

原由20世纪石油工业的发展极度挤缩了以生物质为基础的能源载体和原材料的应用领域。现代的能源生产中大约90%是使用地下采掘出来的化石能源，造成大气成份的失衡和恶化。近150年来空气中的二氧化碳增加了28%，甲烷浓度增加了50%，二氧化氮增加了13%。大气的恶化和煤、原油、天然气和铀

储量的减少引起人们要求迅速改变能源结构的要求。现在关心的最大问题是以生物质能源为载体的再生能源在多大程度上替代化石性能源载体。欧盟在这个问题上订出的目标是，到2010年使用的能源中可再生能源达到21%，而在电能生产中要达到22%。可再生能源中生物质能源会占据重要角色，因为他具有环保优势，有潜力解决地区，特别是偏远农村发展中的尖锐问题。鉴于对生物质能源的认识，匈牙利萨尔瓦什研究所自上世纪90年代就开始用于能源和工业方面草种的培育工作，在欧洲是最早的单位。

芦竹- 培育出能生产能源与生产牧草的二个品种、能源品种干草产量高的、适用于能源、造纸、木材、纺织和建筑工业用的新草种。从土地使用、经济性能和环境观点看，它为改善环境，提供新的市场开发和就业问题提供机会。

芦竹- 植物学特征 多年生，有主干、匍匐茎、强有力扎入土壤1.8~2.5米，具有大丛根系。其茎为灰绿色，叶高180~220厘米，叶稀疏、平直而坚硬、茎上有节2~4个，灰绿叶子挺拔，叶面稍有凹凸不平，花簇匀直，长20~30厘米，成穗串状。4月中旬发芽，6月底7月初开花，7月底8月初颗粒成熟。种子颗粒是柳叶状，长0.8~1.2厘米，千粒重为2.8~3.8克。

芦竹环境适应能力很差，在盐碱性、红壤荒山、缺水缺肥的土地上都不能生长。其抗旱、抗盐碱、抗寒性能都一般。

农田肥水充足的情况下头一茬干草产量为10~15吨/公顷，燃烧值为14~17兆焦尔/公斤干草，接近和超过杨树、柳树、槐树、与匈牙利的褐煤相当。全纤维素含量超过松树，是多年生植物中相当高的。

多年生品种，一次播种之后可连续生产10~15年，若在春季播种，则从第二年起就可以达到满产。

芦竹从匈牙利小平原盐碱土壤地区及中亚干旱地区采集多种植物材料，通过杂交方法培育出大变异特性的育种材料。

这种具有典型特征的品种是经过10年培育的结果。

能源草 - 育种人Dr.亚诺夫斯基.业诺什（60%）

亚诺夫斯基.柔尔特（40%）

做固体燃料

在欧洲和世界各地用木质纤维燃烧供热和发电越来越具有现实意义不具有经济意义。能源草在开花期

干草产量为15.82吨/公顷，而在同样雨量条件下树木的年产量为12吨/公顷。测试表明，能源草的燃烧值为14.968~15.981兆焦尔/公斤干草，褐煤为14.9~20兆焦尔/公斤，槐树为16.8兆焦尔/公斤，杨树为15.9兆焦尔/公斤，柴油为41.6兆焦尔/公斤。匈牙利芦竹亩生产成本：农田租金每亩500元，有机肥3吨1000元，化肥200公斤900元，机械费600元，人工800元，种植成本可以买10吨煤，显然没有经济效益。能源草用于燃烧时需经过挤压、分段等处理，做成草饼、草柱还需花钱。每公斤干草高温分解过程中可产生197.5牛顿升草瓦斯。用能源草生产沼气时发酵时间为15~20天，所产的瓦斯超过0.5立方米/公斤这更需花钱。

做造纸和工业纤维原料

能源草制作各向同性平面的平面成型特性非常好，拉伸、断裂和波纹形成可行性指标也优于传统造纸工业的各种纤维，在硬壁包装材料生产中很有优势。对与100%的草纤维板，以及草、木纤维按不同比例制成的纤维板（320公斤/立方米）。混合比例的纤维板在建筑业、家具业、装修业和车辆制造业中是不可缺少的基本材料。如果造纸厂、纤维板厂建在能源草基地，除了原料供应以外，还可以提供工厂所需的能源，减少运输距离，增强产品的竞争能力。

做饲料

芦竹饲用品种15米高以内收割的做饲料用，营养价值较高。

用于土壤保护和改良

能源草收割带走大量的肥料，使土壤越来越贫瘠，种过能源草的土地如不使用大量有机肥很快变成荒地。

用于纺织工业

能源草纤维素含量高、质量好，把它与工业用的纤维合理搭配，将有可能用于纺织工业，这方面的工作正在实验中。

种植能源草要消耗的能源主要是机械耕作运输装卸用油，而要使用大量化肥及有机肥才能高产，能源转化能量的损失，总的来说，转化的能量略大于消耗的能量，在油价达到150元/桶有生产价值。

能源草园林价值

多年生竞争力，种子借助风力、动物传播，列入入侵生物目录，有造成生态灾难的巨大风险。多用于城市局部封闭式使用。

能源草能源价值

产量太低没有能源价值，北方用来做牧草。2100433B

本书是一部关于能源草研究的专著。本书在全面综合整理国内外相关领域研究进展和成果基础上，吸收国内外先进技术和最新的科研成果，从基本概念、主要能源草、利用技术、政策法规等方面对能源草及主要能源植物进行较为详尽的介绍。本书具有科学性、准确性、指导性和普及性，力求将能源草最新研究进展及前沿动态呈现给读者。本书可作为大专院校选修课参考教材，也可供草业、生物质能等相关专业学者阅读参考，同时可作为相关企业进行培训的指导用书。

第一章绪论/1

第一节生物能源相关概念1

第二节能源草概念及基本特征1

一、生物质资源和能源植物分类1

二、能源草基本概念2

三、能源草基本特征2

第三节发展生物能源的意义2

一、缓解能源危机2

二、促进能源结构优化3

三、保护生态环境3

四、推进社会主义新农村建设3

五、提高土地利用率4

第四节国内外生物能源的发展及现状4

一、国内外沼气产业发展及现状4

二、国内外燃料乙醇产业发展及现状12

三、生物质成型燃料技术产业发展现状16

第五节能源草的发展现状及发展前景18

一、国际上能源草发展现状18

二、中国能源草发展现状19

三、能源草产业发展存在的问题20

四、未来能源草发展重点与发展前景21

五、加快我国能源草科学研究和产业、发展的建议22

参考文献22

第二章主要能源草/24

第一节柳枝稷24

一、形态学和生物学特性24

二、遗传育种研究30

三、生理生化特征37

四、栽培及管理技术43

五、开发利用现状与前景47

第二节狼尾草属能源草57

一、杂交狼尾草57

二、象草62

三、生理生化特征66

四、遗传育种研究67

五、开发利用现状与前景67

第三节芒属能源草70

一、种类及生态分布71

二、形态学和生物学特征72

三、生理生化特征84

四、栽培及管理技术86

五、开发利用现状与前景89

第四节荻属能源草96

一、种类及生态分布97

二、形态学及生物学特征98

三、生理生化特征102

四、栽培及管理技术104

五、开发利用现状与前景107

第五节草属能源草109

一、种类及生态分布109

二、形态学和生物学特征109

三、生理生化特征111

四、遗传育种研究113

五、栽培及管理技术114

六、开发利用现状与前景115

第六节甘蔗属能源草117

一、割手密117

二、斑茅120

三、种质资源收集和新品种培育122

四、栽培与管理技术126

五、开发利用现状与前景126

第七节芦竹属能源草128

一、形态学和生物学特征128

二、生理生化特征131

三、栽培及管理技术133

四、开发利用现状与前景136

第八节芨芨草属能源草139

一、种类及生态分布139

二、形态学和生物学特征139

三、遗传多样性研究140

四、栽培及管理技术140

五、开发利用现状与前景141

参考文献142

第三章其他主要非粮能源植物/179

第一节富糖能源植物179

一、甜高粱179

二、甘蔗197

三、甜菜201

第二节富淀粉能源植物204

一、葛根204

二、木薯211

三、甘薯214

四、菊芋218

第三节富烃能源植物221

一、文冠果221

二、光皮树225

三、黄连木228

四、山苍子231

五、山桐子233

六、无患子236

七、小桐子239

八、盐肤木242

九、油棕243

第四节富木质纤维能源植物246

一、杨树246

二、速生柳248

三、桉树251

四、栎树254

五、柽柳257

六、锦鸡儿260

七、沙柳263

八、羊柴264

九、胡枝子266

十、梭梭268

参考文献271

第四章能源草开发利用技术/284

第一节生物燃气制备284

一、发酵产沼气的基本原理284

二、木质纤维素类原料发酵产沼气的工艺流程285

三、制备生物燃气的影响因素289

第二节液体燃料制备293

一、发酵乙醇转化过程的基本原理293

二、木质纤维素类原料乙醇的工艺流程293

三、能源草制备燃料乙醇的影响因素297

第三节成型燃料制备302

一、木质纤维素原料制备成型燃料的基本原理302

二、木质纤维素类原料制备成型燃料的工艺流程303

三、能源草制备成型燃料的影响因素305

第四节能源草本植物在能源领域的前沿技术306

一、燃烧技术306

二、热裂解制生物油技术307

三、生产生物航空燃料308

参考文献308

第五章生物能源政策法规及规划/311

第一节生物能源法律法规311

一、可再生能源法311

二、节约能源法312

三、循环经济促进法312

四、其他相关法律312

第二节生物能源战略规划312

一、国民经济与社会发展规划312

二、可再生能源产业发展规划313

三、生物质能产业发展规划315

四、专项与地方规划315

第三节生物能源行政监管316

一、燃料乙醇316

二、生物柴油317

三、生物质发电317

四、沼气318

五、固体成型燃料318

第四节生物能源财税扶持318

一、综合政策318

二、生物液体燃料320

三、生物质发电321

四、沼气322

五、固体燃料322

第五节国际生物液体燃料政策323

一、美国323

二、欧盟325

三、巴西326

四、加拿大327

五、日本327

参考文献330

能源问题已成为当今世界面临的主要问题之一。随着现代社会对于化石能源高度依赖和大量消耗，能源短缺成为经济发展的重大潜在风险，也使人类社会面临战争和饥荒等重大威胁。生物质能源与核能、风能、太阳能共同构成新能源的初步格局，其总量已成为世界第四大能源，排位仅次于煤炭、石油和天然气，在整个能源系统中占有重要地位，是替代化石能源的主力军之一。

在众多的生物质原料中，草本能源作物以其独特优势占据重要地位。能源草不仅具有高光效、高生物产量，相对于其他生物质原料，能源草更易于在种植、收获、运输、储藏等生产过程中实现全程机械化操作，达到常年连续生产。此外，能源草品种多具有较强的抗逆性，可在边际和荒弃土地种植，在土地利用上同样拥有较大优势。现阶段，我国仍属于发展中国家，能源发展需完全建立在粮食安全的基础上，能源草作为非粮能源作物保证了“不与人争粮、不与粮争地”的发展前提。种植能源草还可减少土壤侵蚀，增加贫瘠土壤有机成分，提高天然有机碳储量，吸收空气中的CO2，直接影响气候变化。

能源草作为第二代新型能源作物，已在世界各国能源发展计划中占据重要部分。目前，能源草的利用形式主要包括生物液体燃料、生物燃气、成型燃料以及直接燃烧利用。现阶段，我国对能源草的研究开发利用，包括品种选育、边际土地适应性、稳定性、种植示范、田间管理与收集运输、燃料开发示范等方面，仍处于初始或空白阶段，企业及社会对能源草的了解也非常有限。

本书编写是在“十二五”国家863计划课题“边际土地能源草分子育种与新种质创制(2012AA101801)”及“能源草高效制备生物天然气关键技术研究(2012AA101802)”，“十二五”国家973计划项目“草本能源植物培育及化学催化制备先进液体燃料的基础研究(2012CB215300)”，国家自然科学基金“割手蜜蔗糖磷酸合成酶基因(SPS)的克隆与表达调控研究(31272493)”、“斑茅关键木质素合成酶基因克隆、RNA干扰及抗逆性表达研究(31302026)”及“十一五”国家科技支撑计划课题“耐盐碱能源草筛选与新品种培育(2009BADA7B04)”等项目课题的研究基础上，不断吸收国内外先进技术和最新的科研成果，从基本概念、主要草种、利用技术、政策法规等方面对能源草及主要能源植物进行较为详尽的介绍，确保全书各章节的相关性，知识点清晰，重点内容论述全面。

本书共分五章，即绪论、主要能源草、其他主要非粮能源植物、能源草开发利用技术、生物能源政策法规及规划。本书由中国农业大学、中国科学院广州能源研究所、四川省草原科学研究院等单位的专家学者共同完成。第一章由马隆龙、杨富裕、孙永明、王亚梅和田雪编写，第二章由张蕴薇、白史且、鄢家俊、杨富裕、刘斯佳、李洪超、徐然、庞帝琼、吴春会、黄艳华、汪辉、张妍娜、高凤芹编写，第三章由高凤芹、张妍娜、杜娟、林炎丽编写，第四章由袁振宏、孙永明、李连华、孔晓英、施晨璐编写，第五章由康利平编写。本书可作为大专院校选修课参考教材，也可供草业、生物质能等相关专业学者阅读参考，同时可作为相关企业进行培训的指导用书。

本书力求立论准确，语言流畅，但编者水平有限，书中难免有疏漏之处，恳请读者见谅并不吝赐教，使得本书日臻完善，造福行业。

编著者

2014年2月